嚴寒地區(qū)污水源熱泵供暖系統(tǒng)運行效果分析

張偉峰

摘要：對嚴寒地區(qū)污水源熱泵供暖系統(tǒng)的應用情況進行深入分析時，從不同角度出發(fā)探討嚴寒地區(qū)污水源熱泵供暖系統(tǒng)的具體運行效果。此外，需要分析污水源熱泵供暖系統(tǒng)的具體特點，了解當前嚴寒地區(qū)熱泵供暖系統(tǒng)在應用過程中的情況，可以對嚴寒地區(qū)污水源熱泵供暖系統(tǒng)的發(fā)展提供一定參考。

關(guān)鍵詞：污水源熱泵;供暖系統(tǒng);運行效果

前言

在嚴寒地區(qū)對污水源熱泵供暖系統(tǒng)進行充分應用，可以減少能源消耗，具有較強的節(jié)能環(huán)保特性。目前，對污水源熱泵供暖系統(tǒng)的研究和應用也越來越多。與其他熱泵系統(tǒng)相比，污水源熱泵系統(tǒng)在運行過程中有一定特殊性，為了充分掌握污水源熱泵供暖系統(tǒng)的運行效果，需要了解其運行原理。同時從不同角度出發(fā)掌握污水源熱泵供暖系統(tǒng)的實際運行效果。

一、污水源熱泵供暖系統(tǒng)的特點

污水源熱泵供暖系統(tǒng)在運行過程中需要將原生污水作為熱源，在冬季可以直接采集污水低品位熱能，借助熱泵系統(tǒng)消耗部分電能，冬季可以將獲取的能量供給室內(nèi)取暖，在夏季污水源熱泵供暖系統(tǒng)可以抽出室內(nèi)的熱量，將其釋放到水中，具有空調(diào)的作用。污水源熱泵供暖系統(tǒng)在運行過程中的主要特點表現(xiàn)在以下方面：第一，具有較強的生態(tài)環(huán)保效益。污水源熱泵系統(tǒng)在應用過程中主要是將各種污水作為冷熱源開展能量轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，對污水進行處理以后污水換熱器可以留下冷量或者熱量返回污水渠道。污水與其他設(shè)備之間并不會接觸污水，處于密閉循環(huán)的狀態(tài)，不會對生態(tài)環(huán)境和其他設(shè)備、市政水系統(tǒng)產(chǎn)生不良影響。在供熱過程中能夠節(jié)省燃油、燃氣、燃煤等鍋爐房系統(tǒng)，節(jié)省燃燒環(huán)節(jié)，防止排煙污染。在供暖過程中可以節(jié)省冷卻水塔，防止冷卻噪聲與霉菌污染。在運行過程中不會產(chǎn)生任何廢氣、廢水以及廢渣等，具有較強的生態(tài)環(huán)保效益。第二，該系統(tǒng)的節(jié)能效果也相對較強。在冬季系統(tǒng)運行過程中，污水溫度比環(huán)境空氣溫度更高，可以提高熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度，保證其能效。而夏季水體溫度低于環(huán)境空氣溫度，制冷的冷凝溫度也相對較低，具有較好的冷卻效果。機組效率比較高，在供暖以及制冷過程中使用的電能更低，可以提高能源的綜合利用效率。第三，系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性比較強。在污水源熱泵機組運行中，水體溫度具有較強的穩(wěn)定性，波動范圍比空氣波動變化更小，是良好的熱泵熱源以及空調(diào)冷源。污水體溫度具有恒定的特性，可以提高污水源熱泵機組的穩(wěn)定性以及可靠性。同時能夠提高其整體運行效率。在冬季空氣源熱泵不存在除霜問題，運維成本更低。第四，污水源熱泵機組的功能比較多樣。在污水源熱泵系統(tǒng)運營過程中可以完成供暖、制冷、供應生活熱水等各項功能，實現(xiàn)一機多用的目的。對污水源熱泵系統(tǒng)進行安裝，可以替換原有的鍋爐空調(diào)兩套系統(tǒng)，利用市政污水達到冬季取供暖、夏季制冷的目的，全年可以實現(xiàn)取熱供應生活熱水。夏季空調(diào)能夠提供免費生活熱水供應，實現(xiàn)三聯(lián)供目的。第五，該系統(tǒng)的經(jīng)濟成本相對較低。城市污水源熱泵機組的初始投資成本比較低，運行過程中的維護費用也比較低，具有極強的經(jīng)濟優(yōu)勢。在該系統(tǒng)運行過程中經(jīng)濟效益比較顯著，污水熱泵系統(tǒng)地面積是其他系統(tǒng)面積的50%左右，能夠大大節(jié)約空間。并且系統(tǒng)可以根據(jù)室外溫度和室內(nèi)溫度進行自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)無人看管，能夠進行遠程聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控。污水源熱泵系統(tǒng)的運行原理比較簡單，可靠性更強，維護工作量比較少，后期的運營維護管理費用也相對較低[1]。

二、污水源熱泵供暖系統(tǒng)運行效果

（一）系統(tǒng)原理

在對某建筑工程的污水源熱泵供暖系統(tǒng)進行應用的過程中，需要設(shè)置三個循環(huán)，也就是污水循環(huán)、中介水循環(huán)以及用戶側(cè)循環(huán)水循環(huán)。在整個系統(tǒng)過程中的工作原理包括以下內(nèi)容：第一，污水循環(huán)。城市原生污水需要利用污水泵與殼管式換熱器進行換熱，將熱量傳遞給中介水之后排出。第二，中介水循環(huán)。中介水可以從污水中吸收熱量，并利用中介水泵進入到熱泵機組中，可以與熱泵機組的制冷劑換熱進行能量交換，之后回流。第三，用戶側(cè)循環(huán)水循環(huán)。這一階段的循環(huán)主要是將被加熱的制冷劑利用電力做功，在熱泵中循環(huán)之后將熱量傳遞給用戶側(cè)循環(huán)水。利用分水器可以將其分到末端裝置，完成室內(nèi)供暖。之后再利用集水器回流進入到下一次循環(huán)過程中[2]。

（二）運行效果分析

對嚴寒地區(qū)污水源熱泵供暖系統(tǒng)的具體運行效果進行分析時，需要從以下角度出發(fā)探討其運行效益：第一，對污水適宜性進行分析。在該系統(tǒng)實際運行過程中，污水溫度保持在6.7℃到12.3℃之間，進出口的最小溫差為1℃，最大溫差為3℃。通常情況下，污水進出口的溫差維持在2℃左右。嚴寒地區(qū)的供暖及室外氣溫變化比較大，污水溫度變化波動相對較小，可以在最大程度上降低氣候?qū)ζ洚a(chǎn)生的不良影響，確保污水的水溫穩(wěn)定可靠，可以將其作為穩(wěn)定的熱源應用。第二，對中介水循環(huán)水、供回水溫度進行深入分析，發(fā)現(xiàn)中介水進出蒸發(fā)器以及末端用戶循環(huán)水進出冷凝器的溫度是隨著時間變化而變化的，會對熱泵機組的瞬時放熱量以及吸收熱量產(chǎn)生影響。對供暖期間的中介水循環(huán)水進出口溫度以及溫差進行分析，可以發(fā)現(xiàn)中介水的供水溫度維持在6.1℃到10.1℃之間，平均溫度為8.1℃左右，回水溫度平均值為6.5℃左右，供回水溫差平均值為1.7℃。用戶側(cè)循環(huán)水的供水溫度維持在46.8℃到49.6℃之間，平均溫度為48℃左右，用戶側(cè)的回水溫度平均值為44℃，供回水的溫差平均值為4℃，中間水循環(huán)水的供回水溫差相對較小。第三，從熱泵機組的吸收熱負荷、制熱負荷以及熱泵機組的耗電負荷變化幅度相對較小，整體出趨于穩(wěn)定狀態(tài)。但是吸熱負荷和制熱負荷的變化波動相對較大。在供暖期間熱泵機組地平均吸熱負荷為479kW、平均制熱負荷為708kW、平均耗電為204kW。第四，對熱泵機組系統(tǒng)制熱性能系數(shù)進行分析，可以發(fā)現(xiàn)在整個系統(tǒng)運行過程中，熱泵機組作為核心設(shè)備，機組能效會對系統(tǒng)的能效產(chǎn)生直接影響。因此，需要對機組的實際運行性能進行評價。經(jīng)過計算可以發(fā)現(xiàn)在整個供暖期間的系統(tǒng)性能系數(shù)、機組性能系數(shù)都有一定變化，其中機組的性能系數(shù)平均值為4.7，而系統(tǒng)性能系數(shù)平均為2.5。供暖系統(tǒng)的性能系數(shù)趨于穩(wěn)定，說明系統(tǒng)的運行比較可靠穩(wěn)定。機組性能系數(shù)平均值上下波動變化的情況，并且幅度相對較大，說明機組在運行過程中不穩(wěn)定[3]。

三、結(jié)語

總而言之，在此次污水源熱泵供暖系統(tǒng)運行過程中，整個供暖季的污水溫度波動比較小，整體處于穩(wěn)定狀態(tài)，在供暖初期以及供暖末期，污水溫度相對較高。整個供暖期的污水進出口溫差比較穩(wěn)定，保持在2℃左右。理想條件下污水源熱泵機組的最大利用熱負荷為737kW，能夠滿足除極寒天氣之外的供暖需求。因此，在嚴寒地區(qū)可以將污水作為熱泵供暖系統(tǒng)的可再生能源進行利用。除此之外，在供暖期間熱泵機組地平均吸熱負荷與制熱負荷分別479kW、708kW，平均耗電負荷為204kW。整個熱泵機組在運行期間的能耗水平相對較低。此外，中介水溫差以及用戶側(cè)循環(huán)水溫差都比較小。但是在熱泵機組運行過程中，機組運行不穩(wěn)定，可能是清洗污水-中介水換熱器過程中，機組啟停導致的。利用熱水循環(huán)泵以及中介水循環(huán)泵變頻模式可以對整個系統(tǒng)的運行效益進行優(yōu)化。

參考文獻：

[1]劉馨，尹澤開，梁傳志，等. 寒冷地區(qū)某綠色建筑污水源熱泵供暖及實際應用效果研究[J]. 建筑科學，2018，34（08）：13-20.

[2]張曉明，張曦，王若川. 嚴寒地區(qū)污水源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能改造及效果分析[J]. 建筑與預算，2018，000（007）：42-45.

[3]任玉成，聶輝，焦劍，等. 嚴寒地區(qū)某高校公共浴室廢水余熱回收利用潛力分析[J]. 節(jié)能，2019，038（011）：88-90.